Unsigned Integer Overflow in C/C

Im Bereich der Computerprogrammierung ist das Verständnis des Integer-Überlaufs von entscheidender Bedeutung für die Gewährleistung sicherer Abläufe. In einem bemerkenswerten Zitat aus einem Artikel über Ganzzahlsicherheit heißt es, dass Berechnungen mit vorzeichenlosen Operanden niemals überlaufen können. Aber was bedeutet das wirklich?

Das Verhalten verstehen

Vorzeichenlose Ganzzahltypen stellen keine negativen Werte dar. Sie können positive ganze Zahlen nur bis zu einem Maximalwert speichern. Wenn eine Berechnung mit vorzeichenlosen Ganzzahlen zu einem Wert führt, der diesen Maximalwert überschreitet, wird das Verhalten als „Wrapping Around“ bezeichnet.

Ein Beispiel

Betrachten wir das gegebene Beispiel in der Antwort:

UINT_MAX   1 == 0
UINT_MAX   2 == 1
UINT_MAX   3 == 2

Wie Sie sehen können, wechselt das Ergebnis vom Maximalwert (UINT_MAX) zum Minimalwert (0), wenn die Summe zweier vorzeichenloser Ganzzahlen UINT_MAX überschreitet. Dieses Verhalten ähnelt der Modulo-Operation, bei der das Ergebnis um den Maximalwert plus eins reduziert wird.

Mathematische Analogie

Stellen Sie sich eine kreisförmige Spur mit 10 Markern vor, die jeweils einen darstellen Ganzzahlwert ohne Vorzeichen von 0 bis 9. Wenn Sie bei Markierung 9 beginnen und 3 Schritte vorwärts gehen, landen Sie bei Markierung 2. Dieses Verhalten spiegelt die Wrap-Around-Eigenschaft von wider Vorzeichenloser Ganzzahlüberlauf.

Konsequenzen bei der Programmierung

Ein vorzeichenloser Ganzzahlüberlauf kann zu falschen Berechnungen und Schwachstellen in sicherheitsrelevanten Anwendungen führen. Wenn Sie beispielsweise eine vorzeichenlose Ganzzahl verwenden, um die Anzahl der Elemente in einem Array zu zählen, und versehentlich den Grenzwert überschreiten, kann dies dazu führen, dass auf den Speicher zugegriffen wird, der über die vorgesehenen Grenzen hinausgeht.

Daher ist es wichtig, sich dessen bewusst zu sein das Verhalten eines vorzeichenlosen Ganzzahlüberlaufs zu untersuchen und geeignete Techniken zu verwenden, um dessen Auftreten zu verhindern. Dazu gehören die richtige Auswahl des Datentyps, die Bereichsprüfung und die sorgfältige Berücksichtigung ganzzahliger Operationen in Ihrem Code.